一、由集成运放构成的各种运算电路
集成运放的开环增益为无穷大,由运放组成的各种放大电路都满足深度反馈的条件。
1. 比例运算电路
比例运算主要有三种:反相输入,同相输入和差动输入三种形式。
⑴反相输入方式(反相(比例)、求和运算),该电路属于电压并联负反馈放大器。
⑵ 同相输入方式(同相(比例)求和运算)
信号从运放的同相输入端加入,称同相输入。是电压串联负反馈。由电路可知:,所以或。当R1开路时,电路的输出即为电路的输入,通常称为电压跟随器,即。
输入电阻Rif:,注意串联反馈。输出电阻Rof:,注意是电压反馈。
⑶ 差分输入方式(减法输入方式)
两个信号分别加在同相端和反相端,反相端通过R2构成闭环。对电路的求解可以采用线性电路的叠加原理进行。
2 .求和运算
⑴ 反相求和运算。由于N端是“虚地”,所以有:
3 .微分和积分运算电路
⑴ 积分运算电路
⑵ 微分运算电路
4 .对数和指数运算电路
⑴ 对数运算电路
⑵ 指数运算电路
5 .电流/电压(I/V)变换电路
使输出电压和输入电流成线性关系,而与RL无关。
6 .电压/电流变换电路
输出电流与输入电压成线性关系,与负载大小无关。在许多场合,负载必须接地,此时可列方程组后求得输入电压与输出电流关系:
,,
解得:,,
注意:运算电路中输出端都是和反相输入端相连接的,说明在放大电路中全部构成负反馈。不可能引回到运放的同相端,否则成为正反馈,就不是线性放大了。
二、 由分立元件构成的深度负反馈放大电路的分析计算
这一部分内容只讲思路,不举例说明工程中常用方法:方块图法、双口网络分离法、环路增益法、拆环法等,(在自动控制理论课中介绍)
拆环法的思路:闭环放大器拆成开环→求开环下的,再用关系求闭环下的,,。
拆环法的条件:
⑴闭环时的信号传转只通过基本放大器,不经过反馈网络;
⑵反馈信号只经过反馈网络传到输入,不经过基本放大器;
⑶反馈系数与信号源内阻及负截电阻无关;
拆环法的步骤:
⑴计算输入电阻时,应将反馈网络折合到输入。① 若是电流反馈,因维持输出电流不变,为取消反馈影响,应将输出开路;② 若是电压反馈,因维持输出电压不变,为取消反馈,应将输出短路。
⑵ 计算输出电阻时,应将反馈网络拆合到输出端。① 并联反馈时,将净输入短路,以消除反馈电流对净输入的影响;② 串联反馈时,将净输入开路,使反馈电压不再影响净输入。
三、 应用PSPICE分析实际运算电路的误差
一般情况下,运放理想化,在工程上是完全能满足要求的。但在高精度场合,还得要考虑运放的实际参数。现用PSPICE软件来分析一个实际运放电路,以便和前述近似估算之间存在的误差。
图示是一个反相比例运算电路。
由近似计算可得:
当时,则由近似计算得:。
现用PSPICE软件仿真,进行精确计算后的频率特性如图。其电压增益略小于1,(1.99994),虽存在误差,但该误差工程上可略。